地震下考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系响应分析

本文研究了考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系在地震作用下的响应。根据实际工程,采用ABAQUS有限元软件,建立了考虑桩-土-结构相互作用效应的输电塔-线体系有限元模型。选取不同场地类型下的12条天然地震波,研究了不同地震波激励下考虑桩-土-结构相互作用效应输电塔-线体系动力响应。通过与考虑刚性基础的输电塔-线体系动力响应对比,得到了输电塔的薄弱位置,并提出了基于刚性基础的输电塔抗震放大系数,可为输电塔抗震设计提供参考。

考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系风振响应及减振控制

为研究风荷载作用下考虑土与结构相互作用(soil-structure interaction,SSI)对输电塔-线体系的动力响应与减振控制的影响。根据实际工程,建立输电塔-线体系模型和桩-土-输电塔-线体系模型,然后分别对软土条件下考虑SSI效应的输电塔-线体系和刚性地基的输电塔-线体系进行风振响应分析。将多个粘滞阻尼器安装在考虑SSI效应的输电塔上,对输电塔风致振动进行控制。研究结果表明:考虑SSI效应后,输电塔的位移响应明显增大,其中塔身代表节点的位移最大值、均方根值分别增大64.73%、79.09%,塔身和塔腿的轴力响应减小。阻尼系数相同时,速度指数为0.3的阻尼器对输电塔风振控制效果最好。速度指数相同时,阻尼系数越大塔顶位移响应和塔身单元的轴力响应越小。速度指数为0.3,阻尼系数低于30000 kN·(s/m)^(0.3)时,不同阻尼系数的阻尼器对塔顶节点的位移控制效果差距明显,阻尼系数小于15000 kN·(s/m)^(0.3)时,不同阻尼系数的阻尼器对塔身单元的轴力控制效果差距明显。

基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析

以三线两塔直线段输电塔-线体系为工程对象,应用有限元数值模拟,建立了基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析方法。首先,应用谱表示-降维方法模拟结构脉动风场,生成风荷载的代表性样本集合。然后,结合概率密度演化理论,分析了输电塔-线体系考虑气弹效应的随机动力反应。最后,应用等价极值思想构建了风荷载作用下输电塔-线体系失效准则,进而对输电塔-线体系的抗风可靠性进行精细化分析。本文结合谱表示-降维方法与概率密度演化理论,实现了仅用较少数量的代表性样本来精细地分析结构的抗风可靠性,为工程实践提供参考。

输电塔-线体系灾变分析与安全评估综述

输电塔-线体系是一种重要的生命线工程,它的安全性与可靠性直接关系到国家经济的命脉,一旦破坏将造成难以估量的损失和不良的社会影响。然而,近些年来极端天气和地质灾害的频繁发生,导致输电塔-线体系的破坏现象越来越严重,也逐渐引起社会的广泛关注。该文不仅重点探讨输电线路已有灾害的发生原因和破坏形式,而且从结构设计、数值分析和试验验证三个方面总结分析现阶段国内外为保证输电塔-线体系的安全运行所采取的方法和手段。通过对问题的归纳与总结,旨在发现设计与分析过程中存在的缺陷和不足,进而提高和补强结构抵抗外部环境荷载灾害性破坏的能力,以及加强设计人员对电网体系安全运行状况重要性和可靠性的意识。

输电塔-线体系的舞动及风振控制

输电塔-线体系具有高柔特点,风振作用显著,为了研究输电塔-线体系的舞动机理和优化输电塔风振控制方案,基于ANSYS建立了输电塔-导地线-绝缘串的塔线耦合体系非线性有限元模型,提出了采用重启动技术进行覆冰导线的水平、竖向、扭转3方向舞动和输电塔风振分析的方法;编制了风速场模拟程序,进行了输电塔-线耦合体系的舞动及风振仿真;同时进行了4种铅芯橡胶阻尼器布置方案对输电塔振动控制计算。通过计算分析得到了输电塔-线体系的3方向舞动的振幅和输电塔的内力响应,对输电塔的铅芯橡胶阻尼器布置方案进行了优化。结果表明,输电塔-线体系在风振作用下塔线耦合作用显著,塔-线耦合体系优于简化模型以及铅芯橡胶阻尼器对输电塔-线体系风振有良好的控制效果并且安装在塔身上半部分效果显著。

输电塔-线体系完全气弹模型风洞试验研究

按照基本缩尺律,设计、制作出模拟输电塔-线体系的一塔两跨线完全气弹模型,并通过大气边界层风洞试验,测试了各种风速下输电塔在挂线和不挂线工况下的位移与加速度响应,观测了输电塔-线体系的极限风荷载和风毁模式,同时通过测量导地线线端应变和绝缘子应变,得到导地线传递给输电塔的静、动力风荷载。研究了塔线耦联对输电塔风振响应的影响,分析了单塔与输电塔-线体系气弹模型风振响应随风速的变化规律和频谱特点,得到了若干对输电塔抗风设计有参考价值的结论。

输电塔-线体系舞动仿真及控制研究

舞动是输电线高频低幅的自激振动,基于ANSYS建立了输电塔-导地线-绝缘串的塔线耦合体系非线性有限元模型,提出了采用重启动技术进行覆冰导线的水平、竖向、扭转三方向舞动分析,并通过经典算例验证了此新方法的可行性;进行不同风速工况下输电塔-线耦合体系的舞动仿真,得到了体系舞动振幅和输电塔动力响应。同时针对典型工况,进行了相间间隔棒及多点压重防舞措施的舞动控制分析,并对不同布置方案的舞动控制效果进行了比较,确定了有效舞动控制方案。

输电塔塔-线体系风振反应分析

以5A-ZM2型500kV输电塔塔-线体系为例,建立了塔-线体系ANSYS三维有限元分析模型。依据谐波合成法生成作用在输电塔塔-线体系上的风速时程,在五种攻角风荷载作用下,对输电塔位移、输电线位移、主材应力分布和塔的基底反力进行了计算分析,讨论了输电线与输电塔动力耦合作用对输电塔的影响,并提出一些有益的结论。

大跨越输电塔-线体系覆冰断线模型试验研究

为了准确有效研究大跨越输电塔-线体系中杆塔结构在覆冰断线工况下的动力响应,以晋东南-南阳-荆门1 000 kV特高压输变电工程中的黄河大跨越段为原型,进行了模拟覆冰条件下五塔四线塔-线体系模型的断线冲击响应试验。试验测得了输电塔薄弱位置杆件的应变时程曲线,研究了塔-线体系在不同断线工况下杆塔的动力响应。通过分析得出了输电杆塔的最不利断线工况,找出了输电塔在断线冲击作用下的最不利位置,为输电塔结构抗冰灾设计提供了有价值的参考。通过进一步研究发现,当断线位置在导、地线悬挂点附近时,输电塔的测点应变突变值与覆冰厚度成近似的一元二次函数关系。

高压输电塔-线体系抗灾研究的现状与发展趋势

以输电塔-线体系的环境荷载特性和结构动力响应特性为出发点,分析目前高压输电塔-线体系的发展现状及人们对环境荷载缺乏认识而经常造成灾害事故的原因,论述了输电塔-线体系在现有设计水准下抵抗地震和环境荷载作用的能力和现阶段输电塔-线体系设计的可靠性。全面系统地总结了高压输电塔-线体系抗震抗风研究的动力分析建模方法、模型种类与适用性,以及试验研究所采用的方法、达到的水平和解决的问题,抗震抗风研究的理论成果和发展动向,结构振动控制理论体系和控制手段,结构设计理论的发展趋势等。指出了现阶段输电塔动力响应研究与设计中存在的缺陷和不足,从环境荷载建模、结构动力响应分析方法、试验测试手段和结构控制理论与措施等方面提出了当前迫切需要进行研究的内容与方向。根本目的旨在提高输电塔-线体系结构设计理论和设计水准,增强抵抗地震和环境荷载灾害性破坏的能力。

多点激励下输电塔-导线体系纵向地震反应分析

基于所建立的输电塔-导线体系空间有限元模型,利用非线性时程分析法研究了体系在多点地震输入下的反应特性。首先依据《电力设施抗震设计规范》,在传统的谐波叠加合成算法的基础上,给出了拟合规范反应谱的输电塔-导线体系多点地震动模拟算法。利用生成的人造地震动研究了行波效应、部分相干效应以及局部场地土效应对体系的影响规律,研究结果表明,在所考虑的行波波速下,行波效应对塔的受力有利,但放大了导线的轴力和位移响应;部分相干效应对于塔的受力、导线的轴力和位移响应均不利;局部场地土条件的差异同样会放大塔和导线的响应,随着各塔场地土条件差异变大,响应被强烈的放大了;在实际分析中,应该综合考虑三个因素对结构地震响应的影响,以保证结构体系的安全。

输电塔-线体系简化模型地震作用下的连续性倒塌分析

采用输电塔-线体系的简化模型,利用大型有限元软件ABAQUS对某输电塔进行地震作用下的连续性倒塌分析,研究输电塔的薄弱部位和倒塌全过程。分析结果表明,采用简化模型得到的输电塔薄弱环节和连续性倒塌过程与采用三塔四线模型得到的结果具有较好的一致性,简化模型可用于输电塔-线体系的连续性倒塌分析。

输电塔塔-线体系动力特性

为更清楚地掌握输电塔塔-线体系动力特性,基于ANSYS软件建立输电塔塔-线体系有限元分析模型,并以典型设计500kV输电线路5A-ZM2型塔为例,对单塔双线模型和三塔四线模型的振动频率进行了比较.数值分析结果表明:单塔双线模型满足精度要求且简便易行,可用于实际工程的有限元建模.此外,对单塔双线模型进行模态分析,获得了塔-线体系的频率范围,结果表明:输电塔塔-线体系频率比较密集,前159阶振型均反映为绝缘子和输电线的振动,160阶振型以后才反映输电塔振动的频率.

覆冰输电塔-线体系风致动力响应分析

依据流体诱发振动原理,结合已有覆冰计算模型,考虑降雨的分类,模拟了输电塔-线体系不同高度导线的覆冰和风荷载。以东北地区某输电塔为例,对覆冰输电塔-线体系在稳定风速激励下的动力响应进行分析,并与不考虑塔线耦联的导线舞动分析结果及覆冰塔线拟静力的分析结果进行对比,对塔位移、输电线位移、钢材应力进行了分析。研究结果表明:塔-线耦联体系对覆冰导线风振有很大影响,覆冰输电塔抗风设计安全度需要进一步提高。

高压大跨越输电塔-线体系动力特性计算分析

高压大跨越输电塔-线体系动力特性的评估是进行结构抗风抗震设计的重要环节。由于高压大跨越输电塔线之间的耦合效应,准确评估输电塔-线体系的动力特性具有相当大的难度。基于多质点模型,建立高压大跨越输电导线、输电塔以及输电塔-线体系的动力特性计算方法。该方法不仅可以计算高压大跨越输电塔线体系在平面和出平面各阶振型频率,同时也可以计算结构扭转向各阶振型频率。最后,通过分析高压大跨越输电塔在挂线和不挂线时的各阶振型频率,讨论高压大跨越输电塔-线耦合振动对输电塔动力特性的影响。分析结果表明:采用多质点模型计算得到的输电导线的各阶振型频率与连续化模型得到的结果相当,这表明该方法的准确性,而且导线对输电塔线体系动力特性的影响不可忽视。

高压输电塔-线体系抗震的研究进展

高压输电塔-线体系是重要的生命线工程,确保它们在地震作用下的安全可靠运行,具有十分重要的意义。首先,简要介绍了我国高压输电线路的发展现状,以及近几年地震中输电线路的倒塌破坏情况。然后,从高压输电塔-线体系动力分析模型研究、抗震研究、振动台试验研究以及振动控制研究等几个方面,对高压输电塔-线体系抗震研究的发展进行了重点的论述。最后,对输电塔-线体系抗震需要进一步重点研究的问题进行了展望。

空间变化地震动下输电塔-线体系振动控制研究

在考虑输电线的几何非线性基础上,建立了输电塔-线体系的三维有限元计算模型。依据现行《电力设施抗震设计规范》,模拟生成了适合输电塔-线体系的多点地震动时程。利用质量、弹簧单元和阻尼单元模拟了调谐质量阻尼器,并对控制参数进行了优化。运用非线性时程分析方法,研究了多点地震激励对高压输电塔-线体系振动控制的影响。研究结果表明调谐质量阻尼器的减震效果显著,能够有效地减小输电塔的地震响应;仅考虑行波效应和多点激励对输电塔的减震效果影响较小,并且多点激励对输电塔的减震效果优于一致激励,但仅考虑相干效应减弱了输电塔的减震效果。

大跨越输电塔-线耦联体系振动台试验模型设计研究

以某220V大跨越输电线路为背景,研究了大跨越输电塔-线耦联体系振动台试验模型设计。根据相似理论对输电塔模型设计,运用刚度等效原则确定各构件截面尺寸,通过有限元模型计算和试验模型白噪声扫频,得到输电塔的基频计算值与试验值。根据导(地)线动力特性和质量相似关系,对导(地)线进行二次缩尺,确定了导(地)线弧垂和线密度,对比分析了原型的频率和试验模型的频率。采用完全质量配重方法对大跨越塔-线体系缩尺模型进行配重,以期获取结构弹塑性响应结果。该缩尺模型设计理论可为大跨越输电塔-线体系结构振动台试验设计提供参考和依据。

考虑桩-土-结构相互作用的输电塔风振响应分析

运用ABAQUS软件分别建立四类场地土体条件下考虑桩-土-结构相互作用(简称PSSI)的整体有限元模型和基础固支的输电塔三维有限元模型,并通过在桩和土体交界面上设置主从接触面来考虑桩-土-结构相互作用效应,然后基于线性滤波法模拟输电塔结构脉动风,进行了输电塔结构模态分析和风振响应分析,最后计算输电塔的风振系数。结果表明:考虑PSSI效应后输电塔自振周期随土体柔度增大而增大,塔身主要节点位移最大增至2.8倍,主要控制点加速度与应力有不同程度的减小,Ⅰ类场地土体条件下风振系数有明显增大。研究认为,考虑PSSI效应可以更准确地分析输电塔的风振响应。

多维地震下考虑不同破坏准则的输电塔-线体系倒塌分析

研究了基于不同失效准则多维地震激励下输电塔-线体系的倒塌。根据实际工程,运用ABAQUS有限元分析软件,考虑材料非线性和几何非线性,建立了包含两基输电塔与3跨输电线的大跨越输电塔-线体系三维有限元模型。提出了2种不同的杆件失效准则,采用用户材料子程序,基于动力显式分析方法,研究了大跨越输电塔-线体系在3条典型天然地震波作用下考虑不同失效准则的倒塌机理,并对输电塔的杆件失效、节间位移角以及相对薄弱位置进行了分析。分析结果可以为大跨越输电塔-线体系的抗震设计提供参考。